高二物理电流

AD 导体中的自由电荷总数： N＝ nlS， 所以总电荷 量 Q＝ nlSq.所有这些电荷通过导体横截面 D 所需 l Q 时间： t＝ ，所以，电流 I＝ ＝ nqSv. v t 可见，从微观上看，通过导体的电流取决于导体 单位体积内的自由电荷数、电荷量、导体的横截 面积和自由电荷的定向移动速率．
知能优化训练
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一下，而不像手电筒那样会持续地发光呢？
提示：照相机闪光灯上没有持续的电压．

二、电流的速度 电场 的传播速度，它等于光 1．电流的速度是______ 速3.0×108 m/s. 2．电子热运动的平均速率：是构成导体的电子 在不停的做无规则热运动，常温下电子热运动的 105 m/s. 平均速率数量级为____ 3．电子定向移动速率：自由电子在电场的作用 下做整体的定向移动，其移动速度相当慢，数量 10－5 m/s. 级大约是______
2．对I＝nqSv的理解 公式I＝nqSv是电流的决定式，从微观的角度对 电流的形成做了解释，公式推导如下： 如图3－1－2所示，AD表示粗细均匀的一
图 3－ 1－ 2 段导体 l ，两端加一定的电压，导体中的自由电 荷沿导体定向移动的速率为v，设导体的横截面 积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为 n， 每个自由电荷的电荷量为q.
例1 以下说法正确的是(
【精讲精析】 要有持续电流必须有电压，A不 对．导体中形成电流其原因是在导体两端加上 电压，于是在导体内形成了电场，B正确．电流 的传导速率等于光速，电子定向移动的速率很 小，C不对．在形成电流时电子定向移动，并不 是热运动消失了，其实电子仍然做无规则的热 运动，D不对． 【答案】 B 【方法总结】 电流的形成中，导体中有自由 移动的电荷是内因，电压则是形成电流的外 因．
(2)电压也是导体中形成电流的条件 电场对电荷有力的作用，例如：有 A 、 B 两个 导体分别带正、负电荷，φA>φB，A、B导体间 存在电势差 UAB ＝ φA － φB ，当 A 、 B 间用一导 线连接时，导线中的自由电子会在电场力的作 用下运动，如图3－1－1甲所示，形成电流．
图 3－ 1－ 1
第1节
电
流
课标定位
学习目标：1.理解持续电流形成的条件，并能做出 微观解释． 2．了解电流速度、自由电子热运动平均速度、电 子漂移速度的区别． q 3．理解电流的定义式 I＝ t ，并能进行相关计算． 重点难点：1.导体中电流形成的原因． 2．三种速度的区别．
课前自主学案 第 1 节 电
核心要点突破
课堂互动讲练
流
知能优化训练
课前自主学案
一、电流的形成 1．形成电流的条件：(1)回路中存在自由电荷 _________； 电压 ． (2)导体两端有______ 导体两端有 2 ．导体中形成持续电流的条件： ____________
持续的电压 ． ____________
思考感悟
1 ．照相机的闪光灯工作时为什么只是闪亮
解析：选 D.电子定向移动的速率很小，数量级
为 10 － 5 m/s, 自由电子只不过在速率很大的热
运动上附加了很小的定向移动．故①、④正
确．电场的传导速率为光速c＝3×108 m/s,无
规则热运动速率的数量级为 105 m/s.故②、③
错误，故选D.
q 二、I＝ 和 I＝nqSv 的理解 t q 1．对 I＝ 的理解 t q 公式 I＝ 是电流强度的定义式，应用时要注意时间 t 和电量的要求，一般分下面几种情况： (1)同种电荷同向通过某截面时，电荷量 q＝q1＋q2； (2) 异种电荷反向通过某截面时，电荷量 q ＝ |q1|＋ |q2|； (3)通过导体截面的电荷具有不同价位时，电量是 q ＝n1q1＋n2q2(其中 n1、n2 表示价位)．
2．电路中三种速率的比较
构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由 电子热运 于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能 动的速率 形成电流，常温下电子热运动的速率数量级为 105 m/s 电子定向 电子定向移动的速率很小，一般为10－5 m/s.自 移动的速 由电子在很大的无规则热运动的速率上又叠加 率 上了一个很小的定向移动的速率 等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以真 电流传导 空中光速c建立恒定电场，电路中各处的自由电 速率 子几乎同时开始定向移动而形成了电流
q 2．定义式：I＝____. t 安培 ． 3．单位：_____ μA ；换算关系：1 A＝ mA 和____ 常用单位还有____
6 ____mA ＝10 ____ μA. 103
思考感悟
2．电流是有大小和方向的物理量，电流是矢
量吗？
提示：不是．电流的计算不满足平行四边形
定则．
核心要点突破
一、电流形成条件及三种速率的理解 1．电流的形成条件 (1)回路中存在自由电荷，是形成电流的条件 ①金属导体的原子核对电子的束缚能力较弱，电 子很容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子，故 金属导体中存在大量的自由电荷． ②橡胶等绝缘体内，原子核对电子的束缚能力较 强，很少有电子能够挣脱而成为自由电子，故通 常情况下，绝缘体中有极少量的自由电荷． ③电解液中的正、负离子．
特别提醒：电荷定向移动的速率很小，当电路闭 合后，并不是电荷瞬间从电源运动到用电器，而 是瞬间在系统中形成电场，使导体中所有自由电 荷同时定向移动形成电流．
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 1．在导体中有电流通过时，下列说法正确的是 ( ) ①电子定向移动速率很小 ②电子定向移动速率即是电场传导速率 ③电子定向移动速率是电子热运动速率 ④在金属导体中，自由电子只不过在速率很大的 无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动 A．①③ B．② C．③ D．①④
三、电流的方向 正电荷 定向移动的方向． 规定：_______ (1)金属内部的电流方向跟负电荷定向移动的方 相反 ； 向______ 正 极流向电源 (2)外电路中，电流总是从电源 ___ 负 极． ___
四、电流的大小和单位 单位时间 1 ．定义：电荷定向移动时，在 _________ 内 任一横截面 通过导体 ____________的电荷量称为电流．
解析：选 A. 电子枪 2 s 发射的电荷量 q ＝ 6×10 ×1.6×10
13
－19
C＝9.6×10
－6
C，所以示
－6 9.6 × 10 q 波管中的电流大小为 I ＝ t ＝ A＝ 2
4.8×10－6 A，故 A 正确，B、C、D 错误．
课堂互动讲练
电流形成条件的理解
) A．只要有可以自由移动的电荷，就能存在持 续电流 B．金属导体内的持续电流是自由电子在导体 内的电场作用下形成的 C．电流的传导速率就是导体内自由电子的定 向移动速率 D．在金属导体内当自由电子定向移动时，它 们的热运动就消失了

变式训练 铜的相对原子质量为 M，密度为 ρ， 每摩尔铜原子有 n 个自由电子．今有一横截面 积为 S 的铜导线，当通过的电流为 I 时，电子 定向移动的平均速率为( ) I A．光速 c B.neS ρI IM C.neSM D.neSρ
解析：选 D.假设电子定向移动的平均速率为 v， 那么在 t 秒内通过导体横截面的自由电子数相当 于在体积 vtS 中的自由电子数， 而体积为 vtS 的铜 vtSρ 的质量为 vtSρ，物质的量为 ，所以电荷量 q M vtSρne q vSρne ＝ M .因此电流 I＝ t ＝ M ，于是得到 v＝ MI neSρ.
例3
截面积为 S的导线中通有电流 I.已知导线
每单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的
电荷量是 e ，自由电子定向移动的速率是 v ，则 在时间Δt内通过导线横截面的电子数是( ①nSvΔt A．①③ ② n v Δt ③IΔt/e ④IΔt/Se B．②④ )
C．①④
D．③④
【思路点拨】
电子数等于总电荷量除以每个
q 特别提醒：电流的定义式 I＝ 中，q 是时间 t t 内通过某一截面的电荷量，而不是单位截面积 内的电荷量．
即时应用
(即时突破，小试牛刀)
2 ． (2011 年福建三明高二检测 ) 在示波管中，
电子枪2 s发射了6×1013个电子，则示波管中 电流的大小为( A．4.8×10－6 A C．9.6×10－16 A ) B．3×10－13 A D．3×10－6 A
【答案】
(1)1
(2)2
【方法总结】 电解液导电与金属导体导电不 同，金属导体中的自由电荷只有自由电子，而 q 电解液中的自由电荷是正、 负离子， 应用 I＝ t 计 算时，q 应是同一时间内正、 负两种离子通过某 q 横截面的电荷量的绝对值之和，这是应用 I＝ t 求解该题的关键．
电流微观解释的应用
电流大小的计算
例2
(1)在金属导体中，若10 s内通过横截面
的电荷量为10 C，则导体中的电流I＝_____ A. (2)某电解液横截面积为0.5 m2，若10 s内沿相反 方向通过横截面的正、负离子的电荷量均为 10 C，则电解液中的电流I＝________ A.
【精讲精析】 (1)金属导体中定向移动形成电 流的电荷是自由电子，在 10 s 内通过导体横截 q1 10 C 面的电荷量 q1＝10 C，故 I1＝ ＝ ＝1 A. t1 10 s (2)电解液中定向移动形成电流的是正、 负离子， 则在 10 s 内通过横截面的电荷量 q2＝20 C，则 q2 20 C I2＝ ＝ ＝2 A. t2 10 s
电子的电荷量，所以求出通过截面的电荷量， 即可求出电子数．而电荷量q＝It，单位体积内 的电子数已知，只要求出 Δt 时间内有多少体积
的电子通过截面，即可求出电子数．
【自主解答】 (1) 根据电流的定义式，可知在 Δt内通过导线截面的电荷量q＝IΔt，所以在这段 时间内通过的自由电子数为N＝q/e＝IΔt/e. (2)自由电子定向移动的速率是v，因此在时间Δt 内，位于以截面 S 为底、长 l＝ vΔt的这段导线内 的自由电子都能通过截面．这段导线的体积V＝ Sl＝ SvΔt，所以 Δt内通过截面 S 的自由电子数为 N＝nV＝nSvΔt，所以A正确． 【答案】 A